高峰值功率2μm超快光纤激光系统在非线性效应转换、大气远程遥感、材料检测、军用雷达等领域有十分广泛的应用。相较于固体激光器,光纤激光器还有结构简单、无需准直、集成性好、散热效率高等优点。因此,研究高峰值功率2μm超快光纤激光系统既有科研意义,也有实用价值。本文围绕该主题做了以下研究:1.介绍了2μm波段光纤振荡器和分别基于啁啾脉冲放大技术和非线性效应的激光放大系统发展概况,对目前国际上该领域的研究情况做了相关调研,提出目前仍存在的技术难点及可以进一步探索的方向。2.介绍了形成超快振荡器的基本原理及常见方法;从光纤振荡器直接输出和基于啁啾脉冲放大技术或非线性效应的光纤激光放大系统输出两个方面,提出了高峰值功率2μm超快光纤激光系统的实现方案。3.阐述了拉曼孤子频移的原理;搭建了全石英掺铥光纤拉曼孤子激光系统,系统中拉曼孤子频移和功率放大同时发生在增益光纤中,有效提高了拉曼孤子频移的效率及拉曼孤子能量。通过调节泵浦功率,实现了从1.98μm到2.29μm范围内宽达310 nm的波长连续可调谐拉曼孤子。该系统可以输出的最窄脉冲宽度为95 fs,最大脉冲能量为13.3 nJ,最高峰值功率为105 kW。拉曼孤子的能量转换效率最高可达91.5%,在>2.22μm波长还可以实现>10 nJ的能量输出。4.阐述了高阶孤子压缩的物理机制;搭建了一套高峰值功率的掺钬单模光纤激光放大系统。首先,利用非线性偏振演化锁模技术实现锁模掺钬光纤振荡器,其可在2.08μm波长处稳定输出锁模脉冲,基于孤子效应及高阶孤子压缩,放大后脉冲持续时间和脉冲能量分别提高了~5倍和~20倍。最终可以输出脉冲宽度为172 fs、脉冲能量为7.2 nJ、峰值功率为24.3 kW的脉冲。这是在掺钬光纤激光系统中,不使用空间压缩器件条件下能够实现的最高峰值功率。5.介绍了空芯光子晶体光纤的结构及特性;搭建了一个使用空芯光子晶体光纤进行压缩的掺钬啁啾脉冲放大激光系统。使用两种色散补偿光纤(Nufern PM2000D和UHNA4)对脉冲进行展宽,对比了展宽、放大及压缩之后的光谱,发现UHNA4对光谱调制更小,更有利于后续脉冲高质量压缩。此外,空芯光子晶体光纤由于其吸收特性而对输入的光谱还有一定的整形作用。经过压缩之后可以输出持续时间为1.8 ps的脉冲。这是首次使用将HC-PCF用于掺钬光纤激光系统,尽管最终输出的脉冲性能有待进一步提升,但是实验结果可以对后续的研究提供一些参考。